台科大與麻省理工以「雙槳輪」突破固態電池困境 登上權威期刊封面

記者/林育如

電動車、手機使用的鋰電池不時發生起火事件，相對安全的「固態電池」研究受到極大矚目。台科大機械工程系助理教授蔡秉均，與MIT麻省理工美國工程院士Yet-Ming Chiang為首的團隊，以及密西根大學、柏克萊大學、阿貢國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室等全球頂尖學術單位跨國合作，首次發現利用「雙槳輪」機制（Double Paddle-wheel Mechanism），可加速固態電池充放電速度。蔡秉均不但以第一作者的身份，發表此研究發現在國際能源權威期刊《先進能源材料（Advanced Energy Materials）》，還被選為當期封面報導。

目前電動車、手機等大量電子產品，都是使用屬於「液態電池」的鋰電池，使用的電解質為液態有機物，傳導離子的速度快，但卻屬於易燃物質，安全性不斷受到質疑。相反地，固態電池使用的電解質是無機材料或聚合物，例如陶瓷，較不易燃燒，安全性高，但傳導離子的能力卻比較差。

蔡秉均與Yet-Ming Chiang為首的團隊這次的突破，正是發現透過「雙槳輪」機制，可以有效強化固態電解質的離子傳導速度，開啟了電池材料設計的更多想像。蔡秉均說明，傳統固態電池的離子傳輸法是「空位傳導機制」，可想像成離子在固體中傳輸時，原需要推開旁邊不易移動的堅固通道，因此受到極大阻力。不過，透過「雙槳輪」機制，能製造出類似旋轉門的活動性通道，讓離子快速通過，將開啟新一代高導離子材料設計。

而能讓「雙槳輪」機制發揮效果的核心，就是找到適合的材料。蔡秉均在鍥而不捨的努力下，終於找到透過「雙槳輪機制」快速傳導離子的「反鈣鈦礦結構」材料。「雙槳輪」機制打破固態電池傳導離子的既有方法，未來可應用在新材料的設計，有助固態離子導體的探索。雖然距離真的應用到市場的產品，還有很長的一段路要走，但可以期待有一天，更安全的固態電池會被應用在手機、筆電、電動車中。

值得一提的是，蔡秉均長年致力於先進電池材料開發，專注研究高電容量、高倍率、高安全性、長壽命、及低成本的電池材料，他的儲能電池技術開發，長期受到國科會計畫支持，過去研究成果也曾陸續登上《Nature Energy》、《Energy & Environmental Science》、《Joule》等國際權威期刊。

2020年蔡秉均從美國MIT歸國，加入台科大後，持續與跨國單位合作。蔡秉均表示，他會繼續探索陶瓷材料與電池領域的應用，另一方面培育學生，傳承能力與經驗，今年度蔡秉均也由台科大學生票選為教學績優教師。

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